“模拟操作重组dna分子”的教学实践

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1、“模拟操作重组DNA分子”的教学实践　　文件编号：1003-7586（2016）06-0017-03　　在新课标教材《选修3?现代生物科技专题》的“基因工程”一章中，不同版本的教材都设计了一个模拟操作。人教版为“重组DNA分子的模拟操作”，苏教版为“模拟限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用过程”。笔者整合了不同版本的教材内容，指导学生进行了一次有意义的教学实践。　　1教学分析　　在DNA分子水平上进行设计和施工的基因工程技术是由“分子工具”的突破开始的，因此基因工程专题根据学生的认知规律首先介绍了DNA重组技术的基本工具，涉及准确切割DNA的“手术刀”、将D

2、NA片段连接起来的“缝合线”、将体外重组的DNA导入受体细胞的“运输工具”。但由于这三种“分子工具”非常微观、抽象、复杂，所以成为教学的难点，而理解它们的结构与功能基础基因工程基本操作程序的学习是后续，因此这也是本专题的教学重点之一。为突破这个难点，并及时反馈学生对重点知识的掌握情况，教师组织学生进行“重组DNA分子的模拟操作”实验就具有重要的意义。　　在模拟实验中，教师引导学生借助模型化方法，将DNA和“分子工具”放大，亲自动手对DNA分子进行“剪切”和“拼接”6，模拟制备重组DNA的过程。在体验建模的过程中，教师注重激发学生的学科兴趣。模拟活动之后，教师

3、组织学生讨论，引导分析建模过程，从而提升学生的建模思维和建模能力。同时教师将重难点知识设计为相关的问题，引发学生的思考，让其尝试应用所学知识解决问题，从而突出重点、突破难点，并及时反馈信息，为基因工程基本操作程序的教学设计提供依据。这样的建模活动将实现学生知识、能力、情感、态度与价值观的进一步提升。　　2实验目的　　（1）模拟制备重组DNA分子的操作过程；　　（2）分析制备重组DNA分子的模型，理解基因工程的基本原理；　　（3）体验制备重组DNA分子的过程，激发热爱生物科学技术的情感。　　3实验原理　　基因工程是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生

4、物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术。因而，基因工程又称为重组DNA技术。在体外重组DNA分子，至少需要三种工具，即“分子手术刀”――限制性核酸内切酶、“分子缝合针”――DNA连接酶和“分子运输车”――基因载体。　　4材料用具　　白色纸条（3cm×30cm）、红色纸条（3cm×10cm）、剪刀、透明胶带、深色胶带（蓝色或绿色）等。　　5实验步骤　　将红色纸条用透明胶带首尾相连，粘成圆环形，代表细菌的质粒（图1）。白色纸条代表含有目的基因的DNA片段。　　假设每组学生只有一种限制酶（EcoRI

5、限制酶或AluⅠ6限制酶）和一种DNA连接酶（E?coliDNA连接酶或T4DNA连接酶）。　　（注：EcoRI限制酶能识别GAATTC序列，并在G-A之间切割产生黏性末端；AluⅠ限制酶能识别AGCT序列并在G-C之间切割产生平口末端。E?coliDNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能连接平末端，T4DNA连接酶既可以连接黏性末端，又可以连接平末端，但连接平末端的效率较低。）　　从白色纸条的2条DNA链上分别找出所选的限制酶所识别的核苷酸序列，画虚线表示中心轴线的位置，画箭头（“↓”和“↑”）标注酶切位点，用剪刀正确地“切割”DN

6、A，从而获得目的基因。　　用同样的方法剪切质粒（图2和图3）。　　把白色纸条和红色纸条上配对的黏性末端或平末端用深色胶带粘在一起，使目的基因插入质粒中，获得重组DNA（图4和图5）。　　6注意事项　　选择一种限制性核酸内切酶，一定要正确识别其特定序列，并且在识别的位点“切割”DNA分子。　　选择恰当的DNA连接酶连接DNA分子形成重组DNA分子。图4所示为先用EcoRI限制酶切割，再用E?coliDNA连接酶连接形成重组质粒。图5为先用AluⅠ限制酶切割后，再用T4DNA连接酶连接形成重组质粒。　　注意安全使用剪刀。　　7讨论与体会　　本模拟操作是一次非常有

7、益的教学尝试，它将微观的过程直观呈现出来，有利于学生深入理解基因工程的原理。6　　7.1教学材料的改进与准备　　不少教材选用的是两种颜色（如绿色和粉红色）的等宽硬纸板，然后让学生在硬纸板上依次等距离写上字母（字母要清晰、工整）。由于学生用笔所写的字母根本不可能大小一致，所以碱基要实现互补配对就比较难。因此，做出的纸带也就缺乏科学性和可行性。为此做如下改进：　　将“硬纸板”改为“A4纸”，同时将“绿色和粉红色”改为“白色和红色”。因为硬纸板比较难打印，而A4纸打印非常方便。为了节约起见，含有目的基因的片段采用白色纸油印的方式，质粒采用红色纸打印。　　重新设计D

8、NA片段。不少教材中设计的DNA片段只有1个酶切位点